Fußball, Fashion, Flachbildschirme E-Book

Rolf Froböse

• Herausgeber: Wiley-VCH
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Serie: Erlebnis Wissenschaft
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2012

Seitenzahl: 386

Beschreibung

"Smart Polymers" oder clevere Materialien wollen Wissenschaftler heute entwickeln, d. h. Werkstoffe, die ihre Eigenschaften selbsttatig an die wechselnden au?eren Umwelteinflussen anpassen. Tolle Erfindungen, wie Gebaude und Brucken, die sich wahrend eines Erdbebens selbsttatig verstarken und entstandene Risse umgehend wieder verschlie?en, sind in greifbare Nahe geruckt. Unseren Alltag haben beispielsweise schon folgende Polymere erobert, ohne dass wir uns daruber im Klaren sind:
OLEDs: Platz ist auch in der kleinsten Hutte - Flachbildschirme machen es moglich.
Polyurethan (PUR): Statt Land unter - Kleber druber. Kustenschutz mit dem "Orkankleber" PUR.
Silicone: Sicherheit durch Airbags. Siliconbeschichtungen sind rei?fest, hitze- und alterungsbestandig, einfach perfekt.
Makrolon: der Siegeszug eines klar durchsichtigen Kunststoffs. Medizinische Gerate und Stadiondacher: alles aus einer Hand.

Leseprobe

Erlebnis Wissenschaft bei WILEY-VCH

Audretsch, Jürgen (ed.) Verschränkte WeltFaszination der Quanten2002, ISBN 3-527-40318-3

Bartels, Cornelia / Göllner, Heike / Koolman, Jan / Maser, Edmund / Röhm, Klaus-Heinrich Tabletten, Tropfen und Tinkturen2005, ISBN 3-527-30263-8

Emsley, John Parfum, Portwein, PVC …Chemie im Alltag2003, ISBN 3-527-30789-3

Emsley, John Fritten, Fett und FaltencremeNoch mehr Chemie im Alltag2004, ISBN 3-527-31147-5

Emsley, John Mörderische ElementeProminente Todesfälle2006, ISBN 3-527-31500-4

Froböse, Gabriele / Froböse, Rolf Lust und Liebe – alles nur Chemie?2004, ISBN 3-527-30823-7

Froböse, Rolf / Jopp, Klaus Fußball, Fashion, FlachbildschirmeDie neueste Kunststoffgeneration2006, ISBN 3-527-31411-3

Froböse, Rolf Mein Auto repariert sich selbstUnd andere Technologien von übermorgen2004, ISBN 3-527-31168-8

Genz, Henning Nichts als das NichtsDie Physik des Vakuums2004, ISBN 3-527-40319-1

Koolman, Jan / Moeller, Hans / Röhm, Klaus-Heinrich (eds.) Kaffee, Käse, Karies …Biochemie im Alltag1998, ISBN 3-527-29530-5

Liedtke, Susanne / Popp, Jürgen Laser, Licht und LebenTechniken in der Medizin2006, ISBN 3-527-40636-0

Morsch, Oliver Licht und MaterieEine physikalische Beziehungsgeschichte2003, ISBN 3-527-30627-7

Morsch, Oliver Sandburgen, Staus und Seifenblasen2005, ISBN 3-527-31093-2

Reitz, Manfred Auf der Fährte der ZeitMit naturwissenschaftlichen Methodenvergangene Rätsel entschlüsseln2003, ISBN 3-527-30711-7

Renneberg, Reinhard / Reich, Jens Liebling, Du hast die Katze geklont!Biotechnologie im Alltag2004, ISBN 3-527-31075-4

Schwedt, Georg Was ist wirklich drin?Produkte aus dem Supermarkt2006, ISBN 3-527-31437-7

Unger, Ekkehard Auweia Chemie!2004, ISBN 3-527-31238-2

Vowinkel, Bernd Maschinen mit Bewusstsein – Wohin führt künstliche Intelligenz?2006, ISBN 3-527-40630-1

Voss – de Haan, Patrick Physik auf der SpurKriminaltechnik heute2005, ISBN 3-527-40516-X

Zankl, Heinrich NobelpreiseBrisante Affairen, umstritteneEntscheidungen2005, ISBN 3-527-31182-3

Autoren

Dr. Rolf Froböse Ahornstr. 28 83512 Reitmehring

Dipl.-Chem. Klaus Jopp WiWiTech Stübeheide 82 f 22337 Hamburg

1. Auflage 2006

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© 2006 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

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ISBN: 978-3-527-31411-9 ePDF ISBN: 978-3-527-64090-4 ePub ISBN: 978-3-527-64089-8 mobi ISBN: 978-3-527-64091-1

Unseren Vätern in dankbarer Erinnerung, unseren Familien in dankbarer Zuneigung.

Vorwort

Manchmal sind sie elektrisch leitfähig, dann wieder isolierend oder biologisch abbaubar und bei Bedarf sogar selbsttätig leuchtend. In Gestalt lichtbeschreibbarer Typen finden wir sie in holografischen Datenspeichern vom Kaliber »Terabyte«, als Wärmedämmung in Passivhäusern und in Form von Schlankmachern in Energie sparenden Automobilen. Einige Vertreter machen auf Grund ihrer Brandeigenschaften Airports und U-Bahnen sicherer, sorgen in Form von Bodenbelägen für sportliche Höchstleistungen und verleihen Tastaturen einen samtigen Touch. Wenn es sein muss, legen sie Fälschern von Geldscheinen und Ausweisen das Handwerk, verfügen über ein bemerkenswertes Erinnerungsvermögen und machen sich darüber hinaus auch beim Küssen nützlich. Sie... – nein, die Aufzählung soll hier enden, denn hinter all den Beispielen verbergen sich Polymere, die Tausendsassas unter den Materialien. Bisherige Entwicklungen deuten darauf hin, dass sich Kunststoffen bereits in naher Zukunft beinahe jede erdenkliche Eigenschaft verleihen lässt.

Ihre Allgegenwart könnte leicht zu der Annahme verleiten, dass die Innovationspotenziale dieser Werkstoffklasse nahezu erschöpft seien. Doch weit gefehlt! Bescherte uns die erste Kunststoffrevolution den großen Siegeszug – angefangen vom Nylonstrumpf über das Einweggeschirr bis zum Fernsehgehäuse –, dann hat die zweite Revolution gerade erst begonnen. In dieser zweiten Revolution offenbaren uns die Kunststoffe ein völlig neues Antlitz voller Geheimnisse und scheinbarer Widersprüche.

Begleiten Sie die Autoren nun auf eine weltweite »Magical Mystery Tour« durch die Forschungslabors und erleben Sie mit, wie aus Ideen Erfindungen, aus Erfindungen Innovationen und aus Innovationen revolutionäre Produkte werden. Lassen Sie sich aber auch von den Pionieren unter den Forschern begeistern, die heute bereits die Innovationen des Jahres 2020 und danach vorbereiten. Hierzu gehört zum Beispiel die Herstellung von Kunststoffen aus der Luft – genauer gesagt aus den darin enthaltenen Komponenten Kohlendioxid und Wasserdampf. Die erste Hürde auf dem langen Weg wurde jetzt an der Universität Pittsburgh genommen. Die Forscher denken, dass es in 15 bis 20 Jahren gelingen könnte, das in der Atmosphäre enthaltene Kohlendioxid zur Herstellung wertvoller Thermoplaste zu nutzen.

Nicht minder utopisch muten die Arbeiten anderer Forschergruppen an, die sich heute bereits mit »Smart Polymers«, auch in Verbindung mit anderen Werkstoffen beschäftigen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Materialien besitzen smarte Materialien keine festgelegten Eigenschaften mehr. Vielmehr werden diese selbsttätig aufgrund von äußeren Einflüssen variiert. Die Vision umfasst Leitern, die bei Überlastung ein Warnsignal abgeben ebenso wie Gebäude und Brücken, die sich während eines Erdbebens selbsttätig verstärken und entstandene Risse wieder verschließen.

Unseren Familien danken wir für die große Geduld und moralische Unterstützung bei der Anfertigung des Werkes. Unser ausdrücklicher Dank gilt auch Frau Dr. Gudrun Walter und Frau Dr.-Ing. Waltraud Wüst sowie allen weiteren Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Verlags Wiley-VCH für die ausgezeichnete Zusammenarbeit.

Dr. Rolf Froböse und Klaus Jopp, im Frühjahr 2006

Inhaltsverzeichnis

titelseiteErlebnis Wissenschaft bei WILEY-VCHTitelImpressumDanksagungVorwortEin Ausflug in die GeschichteModerne Flachbildschirme: Eldorado für neue PolymereHigh Tech für Sport und SpielPolyurethane: Technische Kunststoffe mit riesigem PotenzialKunststoffspezialitäten bereichern die AutomobiltechnikPVC: Oldie mit WachstumspotenzialSilicone: Trendsetter in WachstumsmärktenTextilien: Chemie vom Scheitel bis zur SohlePolycarbonat: Moderne Datenspeicher und mehrPolymerelektronik vor dem DurchbruchMit Infrarot-Absorbern zu einem effektiven WärmemanagementNanopartikel: Revolution für den SpritzgussBindemittel aus Polyvinylbutyral: Verpackte GlanzleistungMit Titandioxid zu verbesserten PE-FilmenMedizintechnik: Hochleistungskunststoffe verdrängen MetalleZukunft der Polymere: Zusammenwachsen mit der ZwergenweltDer letzte Schrei: Kunststoffe mit GedächtnisHolografische SpeicherKunststoffe aus KohlendioxidWerkstoffe werden »smart«LiteraturQuellennachweis der AbbildungenPersonen-, Sach- und Firmenregister

Ein Ausflug in die Geschichte

Die erste Kunststoffrevolution: Neue Materialien lieferten Zündfunken für Innovationen

Wie die Vergesslichkeit eines Chemikers einem Superwerkstoff auf die Sprünge half

Die besten Erfindungen kommen manchmal durch Zufall zustande. Diese Erfahrung machte unter anderem der Amerikaner Roy Plunkett. Offensichtlich war der 26 Jahre junge Chemiker frisch verliebt und hatte ein Date im Kopf, als er aus Versehen eine Gasflasche mit der Fluorverbindung Tetrafluorethylen, kurz TFE genannt, auf dem Labortisch stehen ließ, statt sie wie geplant in den Eisschrank zu verfrachten. Vergleichbares war ihm zuvor noch nie passiert! Als am Morgen des 6. April des Jahres 1938 Plunketts Laborassistent Jack Rebok das Ventil aufdrehte, um das komprimierte TFE zu entnehmen, wollte die Flasche partout kein Gas mehr von sich geben. Sie konnte aber unmöglich leer sein! Da sich Plunkett keinen Reim darauf machen konnte, sägte er kurz entschlossen den Stahlzylinder auf und fand einen weißen Belag vor. Nachfolgende Tests bewiesen: Ein neuer Kunststoff war entstanden  – das Polytetrafluorethylen, später kurz Teflon genannt. Es war unbrennbar, quoll bei der Einwirkung von organischen Lösungsmitteln nicht auf und trotzte sogar den aggressivsten Säuren. Ein bis dato in dieser Substanzklasse extrem ungewöhnliches Verhalten!

Seine einzigartigen Eigenschaften konnte das Material allerdings erst etliche Jahre später ausspielen – und zwar als Hitzeschutzkachel, Kabelisolierung und in der Raumfahrt als Schutzschicht für die Anzüge der Astronauten. Gerne wird Teflon daher auch als erfolgreicher »Spin-Off« der Raumfahrt bezeichnet. Eine hübsche Legende, mehr nicht. So eroberte Teflon bereits ab 1954 die Bratpfanne, erst anschließend, nach dem Sputnik-Schock des Jahres 1957, war der Weltraum an der Reihe.

Aufgrund seiner hervorragenden chemischen und thermischen Beständigkeit hat sich der Werkstoff in den nachfolgenden Jahrzehnten eine große Palette von Einsatzgebieten erobern können. Das Spektrum reicht von chemikalienbeständigen Rohrleitungen für Industrieanlagen über medizinische Injektionsschläuche bis hin zur Mikroelektronik, und ein Ende des Teflon-Booms ist nicht zu erkennen.

Von der »Schwiegermutterseide« zur modernen Kunstfaser

Eine andere bedeutende Innovation, die der ersten Kunststoffrevolution den Weg ebnen sollte, wurde Jahrzehnte zuvor quasi aus der Not heraus geboren: Als am Ende des 19. Jahrhunderts in Frankreich eine Seuche die Seidenraupen befallen hatte, kam der französische Chemiker Hilaire Bernigaud Graf von Chardonnet de Grange, ein Schüler von Louis Pasteur, auf die Idee, seidenartige Fäden künstlich herzustellen. Zu diesem Zweck löste er Schießbaumwolle (Nitrocellulose) in einem Gemisch aus Alkohol und Ether und presste die entstandene Lösung durch feine Glasröhrchen. Nach dem Verdunsten des Lösungsmittels blieben feine seidenglänzende »Reyon-Fäden« (von französ. rayon, Lichtstrahl) zurück, die sich verspinnen ließen. Bernigaud zögerte nicht lange, stellte seine Kunstseide 1889 auf der Pariser Weltausstellung vor und nahm 1891 die kommerzielle Fertigung auf.

Wie sich herausstellte, wiesen Damenkleider aus Bernigauds Kunstseide aber einen entscheidenden Nachteil auf. Sie waren hochgradig brennbar und entzündeten sich bisweilen bereits in der Nähe eines Kamins oder einer Gaslaterne. Als die Presse wiederholt darüber berichtete, machte in Frankreich ein nicht gerade absatzförderndes Bonmot die Runde: »Schwiegermutterseide«. Bernigaud löste das Problem mit Hilfe von Schwefelverbindungen, die denitrierend wirkten und die Brennbarkeit entscheidend herabsetzten, dafür handelt er sich ein neues ein – die Rosskur verhalf zwar den Schwiegermüttern zu einer höheren Lebenserwartung, dafür war die Seide relativ brüchig.